论文总字数：25591字

摘 要

随着中国经济的腾飞，汽车行业也搭上了发展的高速列车，汽车已经成为人们出行不可替代的交通工具。各地交通事故频发，爆胎则是事故主要原因。TPMS是Tire Pressure Monitor System的简称，即汽车轮胎气压监测系统。TPMS的优点为无时无刻都可以对轮压进行测量，若轮胎压力或温度的数值出现异常则立刻预警车主，从而提前发现轮胎问题，并检查维修。不仅可以避免事故的发生，也可以延长轮胎寿命。

首先，介绍了TPMS的基本原理，基于不同的分类方式，逐项分析了不同种类的TPMS的原理，特别是详细阐述了直接式与间接式的原理与优缺点。

其次，在分析了直接式方案设计的各项要求之后，提出了系统的总体设计方案。随后对装置的关键元器件进行了分析选取，传感器选择SP37，MCU选择AT89C51，接收芯片选择TDA5240，电池选取了ER2450，天线选择螺旋型。根据总体设计方案，设计了测量发射模块和接收显示模块电路。画出了系统软件流程图，明确了系统的工作模式。

第三，利用PROTEUS与Keil C51两个软件进行电路仿真试验。鉴于仿真软件元件库的限制，在仿真电路中，利用元件库中功能相同的器件替代了部分设计器件进行仿真。仿真实验结果表明，系统能正确显示胎压值，并能进行声光报警。

最后，对系统设计方案进行总结与分析，并对TPMS的未来发展做出了展望。

关键词：TPMS、轮胎压力、传感器、单片机

Abstract

With China's economic take-off, the automotive industry has also caught the development of high-speed trains, cars have became an irreplaceable transportation. Traffic accidents occured frequently in our country, puncture is the main reason for the accident. TPMS is Tire Pressure Monitor System referred to, that is, car tire pressure monitoring system. TPMS has the advantage of being able to measure the wheel pressure all the time, if the tire pressure or temperature anomalies occur, the system immediately alarm, so the driver can find the tire problem in advance, and check the maintenance. Not only to avoid the occurrence of accidents, but also can extend tire life.

First of all, this paper clarifies the basic principles of TPMS, and then analyzes the principles of different types of TPMS, and explains their advantages and disadvantages, based on different classification methods. This paper focuses on the principle and advantages and disadvantages of PSB TPMS and WSB TPMS.

Secondly, after analyzing the requirements of direct design, this paper presents the overall design of the system. Then the key components of the device were selected, the sensor selected SP37, MCU selected AT89C51, receiver chip selected TDA5240, the battery selected ER2450, the antenna selected screw type. Then, this paper designs two modules of the circuit, including the antenna matching circuit, power supply circuit, filter circuit, made a software flow chart, and determine the system work mode.

Thirdly, this paper uses PROTEUS and Keil C51 two software to test. In view of the current situation, the simulation program has been modified to simplify the experiment. Simulation results shows that the system can correctly show the tire pressure value, and can provide warnings through the sound and light.

Finally, the design plan is summarized and analyzed, and the future development of TPMS is prospected.

Key Words: TPMS; Tire Pressure; Sensor; MCU

目 录

摘 要 i

Abstract ii

第一章 绪论 1

1.1 选题背景及意义 1

1.2 国内外TPMS发展 2

1.2.1 国内TPMS发展 2

1.2.2 国外TPMS发展 2

1.3本文结构及主要工作 3

第二章 TPMS分类及工作原理 4

2.1概述 4

2.2直接式与间接式TPMS 4

2.2.1 间接式TPMS 4

2.2.2 直接式TPMS 5

2.3内置与外置式TPMS 6

2.4有源与无源式TPMS 7

2.5直接与间接式的比较 7

2.6 TPMS发展趋势 8

2.7本章总结 8

第三章TPMS总体设计 9

3.1设计要求 9

3.1.1工作环境要求 9

3.1.2功能要求 9

3.2系统设计方案 9

3.3主要元器件分析与选型 10

3.3.1 传感器选型 10

3.3.2 单片机选型 11

3.3.3 接收芯片选型 12

3.3.4 电池选型 13

3.3.5 显示屏选型 14

3.4通讯与调制方式 14

3.4.1 曼彻斯特编码 14

3.4.2 FSK调制 14

3.4.3 数据帧格式 15

3.5本章小结 15

第四章 TPMS硬件与软件方案设计 16

4.1胎压测量发射电路设计 16

4.1.1组成框图设计 16

4.1.2测量与发射电路设计 16

4.1.3天线设计 18

4.2测量发射模块软件设计 19

4.3接收显示模块电路设计 20

4.3.1组成框图设计 20

4.3.2无线接收电路设计 20

4.3.3显示电路设计 22

4.4接收显示模块软件设计 23

4.5本章小结 23

第五章 单片机系统仿真实验 24

5.1软件简介 24

5.2仿真模型 24

5.3仿真结果 26

5.4本章小结 26

第六章 总结与展望 28

致 谢 29

参考文献 30

第一章 绪论

• 1. 选题背景及意义

随着我国经济的腾飞，汽车行业也搭上了发展的高速列车，汽车已经成为重要的交通和运输工具。交管局数据显示至2017年1月，我国乘用车保有量已达3亿辆，位居世界前列^[1]。随着汽车成为千家万户的代步工具，各地频发的交通事故也随之而来，因此汽车安全技术问题不断引起人们的重视。

汽车安全技术分为主动与被动两种，主动即在事故发生前提前预警，以阻止事故发生。被动即在事故发生后对车体或人提供保护，把损失降到最低^[2]。具体有下列几种：

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